專利名稱：：可調(diào)的手性眼用透鏡的制作方法可調(diào)的手性眼用透鏡
背景技術(shù)：
：眼用透鏡(也稱“0L”)對眼睛的光學(xué)誤差進(jìn)行矯正，例如，對折射誤差(如近視、遠(yuǎn)視和老花眼)以及其他誤差(如散光)進(jìn)行矯正。眼用透鏡可以以眼鏡片或接觸鏡片的形式位于人眼外部，其可以是單焦點(diǎn)的(具有一個(gè)焦距)、多焦點(diǎn)的(具有多個(gè)焦距)或漸進(jìn)多焦點(diǎn)的(具有一個(gè)焦距范圍)。單焦點(diǎn)眼用透鏡以單焦距提供清晰的視力，且作為閱讀眼鏡和大部分隱形眼鏡，也是最常見的。多焦點(diǎn)眼用透鏡提供至少兩個(gè)焦點(diǎn)，如雙焦點(diǎn)眼鏡片和多焦點(diǎn)接觸鏡片，或者，可替換地提供一個(gè)連續(xù)的焦距范圍，如漸進(jìn)眼鏡。人工晶體(也稱“I0L”)是置入人眼內(nèi)部的眼用透鏡，其可以是單焦點(diǎn)的、多焦點(diǎn)的、漸進(jìn)的和適應(yīng)性的(具有可變焦點(diǎn))。本文所述的發(fā)明可被用于所有眼用透鏡，如眼鏡、雙焦點(diǎn)眼鏡；人工晶體將被用于在下文說明所述透鏡的原理和實(shí)施例。人工晶體通常在除去自然晶狀體后由外科醫(yī)生植入。單焦點(diǎn)眼內(nèi)透鏡、和提供多個(gè)焦點(diǎn)(通常兩個(gè)或三個(gè)焦點(diǎn))的衍射和折射多焦點(diǎn)眼內(nèi)透鏡是最常見的。提供可變焦點(diǎn)且由眼睛的適應(yīng)過程驅(qū)動(dòng)的適應(yīng)性眼內(nèi)透鏡正在開發(fā)中。人工晶體可以是單焦點(diǎn)的，提供了單個(gè)焦點(diǎn)且具有單個(gè)焦距。與眼睛的自然光學(xué)元件相結(jié)合的單焦點(diǎn)人工晶體使在視網(wǎng)膜上投射單個(gè)物體平面的單個(gè)清晰圖像。人工晶體還可以是多焦點(diǎn)的，提供了多個(gè)焦點(diǎn)且具有多個(gè)截然不同的焦距。通過多焦點(diǎn)人工晶體，可以在視網(wǎng)膜上獲得多個(gè)物體平面的多個(gè)清晰圖像的混合。此外，在固定焦點(diǎn)單焦點(diǎn)人工晶體或固定多焦點(diǎn)人工晶體中，透鏡的焦距在制造時(shí)被固定?？商娲?，人工晶體的焦距可以像可調(diào)焦點(diǎn)單焦點(diǎn)眼用透鏡(其單焦距可調(diào))和可調(diào)多焦點(diǎn)人工晶體(其至少一個(gè)焦距可調(diào))那樣是可調(diào)的?？烧{(diào)節(jié)人工晶體在靜止?fàn)顟B(tài)下(在正視者眼中)具有固定焦距，在調(diào)節(jié)狀態(tài)下具有可變焦距。在適應(yīng)過程中，人工晶體的焦距是由眼睛的適應(yīng)程度來決定的。在可調(diào)的可調(diào)節(jié)人工晶體中，透鏡的固定焦距是可調(diào)的，這對獲得正常眼是很重要的。衍射人工晶體結(jié)合多個(gè)衍射區(qū)域以提供多焦點(diǎn)。衍射多焦點(diǎn)人工晶體具有許多陡峭的過渡區(qū)，且過渡區(qū)由于光的散射造成明顯的圖像退化。有時(shí)，衍射人工晶體可能在視網(wǎng)膜上投射重像，即不必要的衍射級(jí)，從而導(dǎo)致視覺的嚴(yán)重障礙。由于有光滑的表面和有限數(shù)量的過渡區(qū)，折射多焦點(diǎn)人工晶體不會(huì)由于散射而產(chǎn)生圖像退化。這種折射多焦點(diǎn)人工晶體包括具有多個(gè)光學(xué)區(qū)的設(shè)計(jì)，如US2006192919和W02007037690;具有徑向?qū)ΨQ的設(shè)計(jì)，如W00108605和W09206400;具有非球面光學(xué)表面和沿方位角具有傾斜光學(xué)表面的設(shè)計(jì)，如W00203126和DE10241208;以及包括光滑立方相位掩模的設(shè)計(jì)，如US2003225455。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開了可調(diào)單焦點(diǎn)和多焦點(diǎn)眼用透鏡，包括對光束進(jìn)行手性調(diào)制的手性光學(xué)表面。手性光學(xué)器件特別適合于本申請且甚至沒有在任何現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)中被暗示過。[I]本文公開的透鏡包括至少兩個(gè)適合于對光束進(jìn)行手性調(diào)制的手性光學(xué)表面的組合。該組合適合于提供至少ー個(gè)可調(diào)焦點(diǎn)(在可調(diào)單焦點(diǎn)透鏡中，ー個(gè)焦點(diǎn)，或者，在可調(diào)多焦點(diǎn)透鏡中，多個(gè)焦點(diǎn))，且該組合適合于使焦點(diǎn)的調(diào)整程度取決于手性光學(xué)表面的相互位置。手性表面的定義及其數(shù)學(xué)解釋在本文的其它部分以分開的段落提供。這樣的透鏡可包括具有有限數(shù)量過渡區(qū)的幾乎連續(xù)的自由形態(tài)的光學(xué)表面、或者具有多個(gè)過渡區(qū)的衍射光學(xué)表面、或上述光學(xué)表面的組合。在本文的上下文中，自由形態(tài)的表面為可具有至多僅ー個(gè)對稱軸X或Y，但不包括光軸(Z軸)的光學(xué)表面。[2,3]透鏡可包括至少兩個(gè)光學(xué)元件，每個(gè)光學(xué)元件包括一個(gè)手性光學(xué)表面，其中光學(xué)元件的相互位置可調(diào)?；蛘撸哥R可包括ー個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括至少兩個(gè)手性光學(xué)表面，其中光學(xué)元件被制造后，兩個(gè)手性光學(xué)表面的相互位置是固定的。透鏡的焦距可以被僅調(diào)整一次，此后保持固定。這種透鏡可包括，例如，至少ー個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有至少兩個(gè)手性光學(xué)表面的組合，其中該組合提供至少ー個(gè)固定焦點(diǎn)。焦點(diǎn)的距離取決于設(shè)計(jì)、手性光學(xué)表面的陡度以及在透鏡被制造后可保持固定的手性表面的相對位置。手性表面可以組合在兀件的ー個(gè)表面上，或者，手性表面可以分布在相同光學(xué)元件的兩個(gè)表面上。[4]透鏡通常還包括至少ー個(gè)矯正光學(xué)表面，適合于矯正眼睛的至少ー個(gè)像差，如折射誤差，或任何其他像差，如散光，或矯正由透鏡本身引起的像差。這種像差在透鏡應(yīng)用后僅對折射誤差矯正之后仍然存在，或者剰余像差例如由于測量誤差仍然存在，或者隨著衰老由于眼睛的折射漂移，剩余誤差隨時(shí)間發(fā)展。對于當(dāng)前所有的眼用透鏡來說，這種矯正表面是很常見的。[5,6]可通過圍繞在XY-平面上與光軸平行的任何軸調(diào)整手性光學(xué)元件的相互旋轉(zhuǎn)位置的調(diào)整來調(diào)整透鏡，所述平面垂直于光軸，即Z-軸延伸。這種透鏡在制造之后仍可調(diào)整。需要注意的是旋轉(zhuǎn)可以是任何旋轉(zhuǎn)，例如，旋轉(zhuǎn)軸沿光軸的旋轉(zhuǎn)，或在光學(xué)元件邊緣上的旋轉(zhuǎn)(即風(fēng)扇式旋轉(zhuǎn))，或在無窮遠(yuǎn)處的旋轉(zhuǎn)(即光學(xué)元件的移動(dòng))。較佳的旋轉(zhuǎn)位置是手性光學(xué)元件處于同心的位置，且在該位置上旋轉(zhuǎn)是繞手性光學(xué)元件的中心軸旋轉(zhuǎn)?？烧{(diào)多焦點(diǎn)是指可調(diào)焦距，也指與焦距相關(guān)的可調(diào)焦強(qiáng)度?？偣鈴?qiáng)保持不變，但分布在焦點(diǎn)上的強(qiáng)度可以不同。焦斑的相對強(qiáng)度同樣取決于光學(xué)元件之間相互的旋轉(zhuǎn)角度。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，由于實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)被放在可調(diào)焦距上。但是，手性光學(xué)表面的組合可以設(shè)計(jì)為將某些焦距和某些焦強(qiáng)度相組合，例如，可以將ー個(gè)短焦距與ー個(gè)高焦強(qiáng)度組合以支持在低光亮度條件下閱讀，或者，可以將ー個(gè)長焦距與ー個(gè)高焦強(qiáng)度組合以支持夜間駕駛。兩個(gè)手性光學(xué)表面可以與矯正光學(xué)表面組合，并位于一個(gè)元件人工晶體的分開的物理側(cè)上，所述表面也可以組合在僅ー個(gè)物理面上，如環(huán)形設(shè)計(jì)。值得注意的是可以増加覆蓋僅部分光束的附加的傳統(tǒng)聚焦光學(xué)器件以提供附加焦點(diǎn)，如覆蓋原點(diǎn)的小型中央讀數(shù)透鏡。[7,8]可調(diào)眼用透鏡可以為包括至少ー個(gè)光學(xué)元件的可調(diào)眼用單焦點(diǎn)透鏡，所述光學(xué)元件包括至少ー個(gè)矯正光學(xué)表面和至少兩個(gè)手性光學(xué)表面，或者可替換地，可調(diào)眼用透鏡可以為包括至少兩個(gè)光學(xué)元件的可調(diào)眼用單焦點(diǎn)透鏡，所述光學(xué)元件包括至少ー個(gè)矯正光學(xué)表面和至少兩個(gè)手性光學(xué)表面?？烧{(diào)眼用透鏡可以為包括至少ー個(gè)光學(xué)元件的可調(diào)眼用多焦點(diǎn)透鏡，所述光學(xué)元件包括至少ー個(gè)矯正光學(xué)表面和至少兩個(gè)手性光學(xué)表面，或者，可調(diào)眼用透鏡可以為包括至少兩個(gè)光學(xué)元件的可調(diào)眼用多焦點(diǎn)透鏡，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)矯正光學(xué)表面和至少兩個(gè)手性光學(xué)表面。包括在眼用透鏡內(nèi)的手性光學(xué)表面可以包括至少一個(gè)過渡區(qū)，用于適合于提供多焦點(diǎn)的多焦點(diǎn)光學(xué)裝置的手性光學(xué)表面必須包括至少一個(gè)過渡區(qū)，該過渡區(qū)必須與附加手性光學(xué)表面的附加過渡區(qū)以某種配置組合。因此，需要至少兩個(gè)手性光學(xué)表面的組合來提供多焦點(diǎn)，所述每個(gè)光學(xué)表面包括至少一個(gè)過渡區(qū)，過渡區(qū)為不重疊配置。例如，對于可調(diào)多焦點(diǎn)透鏡來說，兩個(gè)手性光學(xué)表面的組合可以適合于提供可調(diào)整性和在光學(xué)元件的一個(gè)極限位置投射兩個(gè)強(qiáng)度相等的焦點(diǎn)，以及在光學(xué)元件的另一個(gè)極限位置投射一個(gè)強(qiáng)度等于兩個(gè)焦點(diǎn)的組合單焦點(diǎn)，也就是說，不論光軸上的分布如何，總能量保持恒定。在相同的軸上徑向延伸的不重疊的平行過渡區(qū)通過組合每個(gè)手性光學(xué)表面的離散扇區(qū)，如一半離散區(qū)與另一個(gè)手性光學(xué)表面的離散扇區(qū)，提供兩個(gè)強(qiáng)度相等的焦點(diǎn)。在相同軸上徑向延伸的完全重疊的平行過渡區(qū)提供一個(gè)焦點(diǎn)，由于符號(hào)相反的手性元件的手性調(diào)制相互抵消，多焦點(diǎn)裝置的光學(xué)函數(shù)簡化為平面函數(shù)。在拋物線手性光學(xué)表面的情況下，拋物線函數(shù)，在該實(shí)施例中聚焦函數(shù)可能保持并加入眼用透鏡的總聚焦能力，眼用透鏡的總聚焦能力與附加矯正光學(xué)裝置的聚焦能力結(jié)合。在兩個(gè)極限位置之間的過渡區(qū)的旋轉(zhuǎn)位置能產(chǎn)生可變的相對焦點(diǎn)強(qiáng)度，且一個(gè)焦點(diǎn)強(qiáng)度按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)降低，另一個(gè)焦點(diǎn)強(qiáng)度按照逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)降低。這種可調(diào)多焦點(diǎn)透鏡提供充分的調(diào)整自由。例如，可調(diào)分散多焦點(diǎn)可提供具有比如兩個(gè)焦點(diǎn)的分散多焦點(diǎn)透鏡，例如一個(gè)焦點(diǎn)用于將眼睛聚焦在一定距離，另一個(gè)焦點(diǎn)用于將眼睛聚焦在閱讀距離，兩個(gè)焦點(diǎn)的相對強(qiáng)度是可調(diào)的，從而提供僅用于遠(yuǎn)視視力的透鏡，或僅用于閱讀視力的透鏡，或用于在極限位置之間的遠(yuǎn)視視力和閱讀視力的任何組合的透鏡。焦點(diǎn)的距離取決于手性光學(xué)表面的設(shè)計(jì)和陡度，但是，最重要的，取決于手性表面的相對位置，其可以是一個(gè)相對的旋轉(zhuǎn)位置。因此，可以通過旋轉(zhuǎn)光學(xué)元件的相對位置來實(shí)現(xiàn)調(diào)整。所述旋轉(zhuǎn)可以是任何旋轉(zhuǎn)，包括旋轉(zhuǎn)軸位于光學(xué)元件上的旋轉(zhuǎn)，例如，位于光學(xué)元件的中心，具有與車輪相似的配置，或者位于光學(xué)元件的邊緣，具有與風(fēng)扇相似的配置，例如在EP0187177中說明了這種風(fēng)扇式結(jié)構(gòu)的示例；或者旋轉(zhuǎn)軸位于光學(xué)元件之外的旋轉(zhuǎn)，在近距離和較遠(yuǎn)距離提供主要為風(fēng)扇式旋轉(zhuǎn)的配置，提供風(fēng)扇式旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的組合、并最終在無窮遠(yuǎn)距離提供光學(xué)元件的純線性位移的配置，所述光學(xué)元件具有適合于為所述特定的旋轉(zhuǎn)配置提供所需光學(xué)函數(shù)的手性光學(xué)表面。一個(gè)光學(xué)元件包括具有根據(jù)至少一個(gè)光學(xué)函數(shù)的形狀的兩個(gè)光學(xué)側(cè)面，如自由形態(tài)的表面、手性表面或至少一個(gè)三次曲面，這些表面可以與例如拋物線表面或球面透鏡表面或平面組合。透鏡可以為可調(diào)眼內(nèi)眼用透鏡、可調(diào)眼內(nèi)透鏡和可調(diào)人工晶體，這些透鏡可以是可調(diào)單焦點(diǎn)人工晶體或可替換地是可調(diào)多焦點(diǎn)人工晶體，透鏡的光學(xué)元件的相對位置是通過外部手段偶爾調(diào)整的，如由眼外科醫(yī)生每年調(diào)整以根據(jù)眼折射漂移等調(diào)整透鏡。人工晶體是由外科醫(yī)生植入眼球來矯正眼球的光學(xué)障礙，如矯正老花眼。單焦點(diǎn)人工晶體在視網(wǎng)膜上投射一個(gè)清晰、對焦的圖像。多焦點(diǎn)人工晶體同時(shí)投射多個(gè)物體平面的多個(gè)重疊的清晰圖像，例如，一個(gè)近距離物體和一個(gè)較遠(yuǎn)距離物體的兩個(gè)重疊的清晰圖像。戴單焦點(diǎn)透鏡的患者通常需要漸進(jìn)眼鏡以在延伸范圍獲得清晰的視力，戴多焦點(diǎn)透鏡的患者通常需要單焦點(diǎn)眼鏡，具有可調(diào)人工晶體的患者通常不用戴眼鏡。因此，可以根據(jù)本文公開的說明書構(gòu)造人工晶體以植入人眼來提供至少兩個(gè)焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)和至少ー個(gè)眼部光學(xué)障礙的矯正的組合?；蛘撸哥R可以安裝在ー個(gè)適合于通過眼睛自身的適應(yīng)過程提供光學(xué)元件的連續(xù)調(diào)整的結(jié)構(gòu)中，所述適應(yīng)過程允許眼睛適應(yīng)。[9]眼用透鏡的至少ー個(gè)手性光學(xué)表面(本文公開的)可能包括一個(gè)拋物線手性表面或拋物線螺旋式手性表面，如圖3所示。這種拋物線手性表面在単獨(dú)采用時(shí)提供光學(xué)多焦點(diǎn)，即EDF。兩個(gè)拋物線表面可以提供可調(diào)多焦點(diǎn)，或者，在光學(xué)衍射元件的情況下，可以提供可調(diào)單焦點(diǎn)，并可以被歸入減薄設(shè)計(jì)的眼用透鏡。手性光學(xué)表面可以是不対稱的、基本上為自由形態(tài)的光學(xué)表面，優(yōu)選拋物線手性光學(xué)表面，已經(jīng)證明該拋物線手性光學(xué)表面由于在空間譜上，通常在光譜的零區(qū)附近沒有零值能提供高品質(zhì)光學(xué)器件，其保存信息或者提供最大的S/N比(例如，指低光散射)。兩個(gè)手性光學(xué)表面具有相反的手性，或者分別為右旋的或左旋的，但不需要具有相同的陡度。優(yōu)選實(shí)施例包括在眼球圓形瞳孔內(nèi)的手性光學(xué)表面，手性光學(xué)表面具有根據(jù)z=メ/パ<9的形狀，其中z為表面垂度，r為徑向坐標(biāo),<5*為在表面的平面內(nèi)的極角，A為掩模陡度，或者在ー個(gè)替代坐標(biāo)中，根據(jù)z=Hr,=的形狀，在単位半徑的瞳孔中定義，r為徑向坐標(biāo)，且在本注釋中，<9為在橫平面的極角。陡度、極角和相対的手性光學(xué)表面的旋轉(zhuǎn)為設(shè)計(jì)參數(shù)提供角度陡度，在本文中角度陡度為相對于線性或非線性的極角的偏導(dǎo)數(shù)，極角同樣適用于徑向陡度，在本文中徑向陡度為相對于半徑的偏導(dǎo)數(shù)。手性光學(xué)表面包括ー個(gè)原點(diǎn)的中心點(diǎn)和一個(gè)非手性的徑向過渡區(qū)。因此，可替代地，手性光學(xué)表面可以由既不包括所述原點(diǎn)也不包括過渡區(qū)的其他元件構(gòu)成。適應(yīng)的三次曲面可以是被歸入本文公開的透鏡的手性光學(xué)表面，如圖4所示，或者，任何其他手性表面可以是被歸入本文公開的透鏡的手性光學(xué)表面。[10,11]所述可調(diào)眼用透鏡可以包括至少ー個(gè)手性光學(xué)表面，該手性光學(xué)表面可以是ー個(gè)衍射手性光學(xué)表面，或者，該手性光學(xué)表面可以是折射手性光學(xué)表面，或者，光學(xué)表面的組合可以包括至少ー個(gè)衍射光學(xué)表面和至少ー個(gè)折射光學(xué)表面。反射的鏡面般的表面可以適合于提供手性調(diào)制，這種表面為可歸入眼用透鏡的ー個(gè)選擇，但是，目前，將反射面歸入眼用透鏡還不實(shí)際。[12，13]可調(diào)眼內(nèi)眼用透鏡結(jié)構(gòu)可以包括手性眼內(nèi)光學(xué)器件，手性眼內(nèi)光學(xué)器件包括至少ー個(gè)如本文所述的手性光學(xué)表面，以及定位裝置(即觸覺元件)以將透鏡結(jié)構(gòu)在人眼中定位。同樣，可調(diào)眼鏡結(jié)構(gòu)可以包括眼鏡光學(xué)器件和定位裝置(即眼鏡框)來將眼鏡結(jié)構(gòu)定位在人眼前，所述眼鏡結(jié)構(gòu)包括至少ー個(gè)手性眼鏡片，手性眼鏡片包括至少ー個(gè)如本文所述的手性光學(xué)表面。提供手性調(diào)制的單個(gè)手性表面、或過渡區(qū)精確重疊的多個(gè)手性表面可以適合于提供連續(xù)的多焦點(diǎn)，即同時(shí)將圖像投射在視網(wǎng)膜上的逐漸増大的焦距范圍。這種透鏡支持在視網(wǎng)膜上投射一限定連續(xù)范圍的物面的無數(shù)個(gè)同樣清晰的圖像。連續(xù)多焦點(diǎn)在技術(shù)文獻(xiàn)中被稱為擴(kuò)展焦深(EDF)。EDF產(chǎn)生圖像的總體輕微模糊，從而產(chǎn)生降低的圖像對比度。具有一個(gè)過渡區(qū)的單個(gè)手性光學(xué)表面，或不具有過渡區(qū)的ー個(gè)完全光滑的手性光學(xué)表面，像過渡區(qū)精確重疊的多個(gè)手性光學(xué)表面那樣，提供連續(xù)多焦點(diǎn)。因此，不具有過渡區(qū)或具有有限數(shù)量過渡區(qū)的眼用透鏡的組合可以提供連續(xù)的多焦點(diǎn)，其效果可與US2003225455公開的不包括手性光學(xué)表面但包括單個(gè)三次光學(xué)曲面的透鏡相比。因此，可通過包括至少ー個(gè)光學(xué)元件的眼用透鏡來提供連續(xù)多焦點(diǎn)。清晰度沿光軸延伸的范圍和沿所述范圍的清晰度程度主要取決于手性光學(xué)表面的陡度參數(shù)。所述范圍的焦距，即范圍中心至眼用透鏡的主平面之間的距離，主要取決于矯正光學(xué)器件的聚焦能力與眼球的聚焦能力結(jié)合的能力。這種連續(xù)多焦點(diǎn)透鏡可適合做眼用透鏡0L，包括人工晶體IOL。還要注意的是具有不同陡度的符號(hào)相反的手性光學(xué)表面的組合可提供分散多焦點(diǎn)和連續(xù)多焦點(diǎn)的組合，這些組合，雖然為復(fù)雜組合，但是可以適合于滿足特定眼球的復(fù)雜要求。在至少兩個(gè)光學(xué)元件上分布的兩個(gè)以上的手性表面可以適合于提供一個(gè)可調(diào)連續(xù)多焦點(diǎn)透鏡，其清晰度范圍的大小可以與清晰度程度固定組合而變化，例如，從沿光軸方向的有限范圍與相對高的清晰度的組合，到沿光軸的延伸范圍與相對低的清晰度的組合，或者，在另外的方面，沿光軸即Z軸方向的范圍延伸會(huì)產(chǎn)生在X或Y軸方向或及其組合方向上范圍的延伸。上述眼用透鏡可以例如作為眼鏡片置于眼球之前，透鏡與所需定位裝置如眼鏡框配合，或者可以作為接觸鏡片置于眼球之上，透鏡與所需定位裝置如接觸鏡片圈配合以配合角膜，或者可以作為人工晶體固定地置于眼球內(nèi)的一個(gè)合適位置，在眼球的前房或眼球的后房內(nèi)，作為與所需定位裝置如觸覺元件配合的有晶狀體的IOL或無晶狀體的I0L?？商娲?，手性表面可以分配在不同的視力輔助器上，例如眼鏡可以包括一個(gè)手性表面而接觸鏡片包括另一個(gè)手性表面，或者可替代地，眼鏡包括一個(gè)手性表面而人工晶體包括另一個(gè)手性表面，或者可替代地，人工晶體包括一個(gè)手性表面而接觸鏡片包括另一個(gè)手性表面。本文公開的多焦點(diǎn)眼用透鏡可以包括傳統(tǒng)的眼鏡片、接觸鏡片和人工晶體中的折射光學(xué)裝置，或包括在用于治療黃斑營養(yǎng)不良的眼內(nèi)望遠(yuǎn)鏡中的反射光學(xué)裝置，例如US7008448和W003082155中的眼內(nèi)望遠(yuǎn)鏡，或包括衍射多焦點(diǎn)人工晶體中的衍射光學(xué)裝置，或包括折射、反射和衍射光學(xué)裝置的組合。圖I示出了在坐標(biāo)系OXYZ3的XY平面上，光學(xué)表面2的投影I。矢徑rj將坐標(biāo)系的原點(diǎn)O和投影區(qū)域D的中心O'相連。矢徑r5表示在D范圍內(nèi)的任意點(diǎn)P的坐標(biāo)。角度Θ是r和α之間的角度。圖2顯示了手性表面6，在該實(shí)施例中，示出了在平面鏡7前方具有逆時(shí)針手性的線性螺旋式手性表面。手性表面的鏡像8是在順時(shí)針方向的線性螺旋式表面。由于具有手性，鏡像不會(huì)通過旋轉(zhuǎn)和平移的任何組合被重疊到原始圖像之上。圖3示出了拋物線螺旋式手性表面9，在該實(shí)施例中，其具有逆時(shí)針手性且具有過渡區(qū)10和光滑手性表面11。圖4不出了手性表面12,在該實(shí)施例中,其由兩個(gè)光滑的橫向位移三次曲面13和14構(gòu)成，且具有過渡區(qū)15和16。圖5顯示了能產(chǎn)生兩個(gè)分散焦點(diǎn)并包括兩個(gè)光學(xué)表面17的眼用透鏡，其由圖4闡述的手性表面12和光滑的三次曲面18組成。圖6示出了提供連續(xù)多焦點(diǎn)的眼用透鏡，眼用透鏡被沿光軸20傳播并穿過手性透鏡21的平行光束(被描述成一束光線)19照射，在該實(shí)施例中，手性透鏡21具有拋物線螺旋式手性表面，且該拋物線螺旋式手性表面具有過渡區(qū)10和光滑手性表面11。透鏡產(chǎn)生一個(gè)延伸的連續(xù)范圍的散焦22。圖7示出了提供分散多焦點(diǎn)的眼用透鏡，被沿光軸20傳播并穿過手性眼用透鏡23的平行光束(被描述成一束光線)19照射，在該實(shí)施例中，透鏡包括兩個(gè)拋物線螺旋式表面，且拋物線螺旋式表面具有分別在前表面和后表面上的有角度地不重疊過渡區(qū)24和25。被透鏡折射后，光線沿光軸向兩個(gè)分散焦點(diǎn)26和27匯聚。圖8示出了如圖7所述的在前表面和后表面上具有兩個(gè)不重疊過渡區(qū)的眼用透鏡23的前視圖。虛線24表示在透鏡的前表面上的過渡區(qū)，實(shí)線25表示在透鏡的后表面上的過渡區(qū)。圖9示出了提供可調(diào)多焦點(diǎn)的眼用透鏡，被沿光軸20傳播并穿過前手性光學(xué)元件28和后手性光學(xué)兀件29的平行光束(被描述成一束光線)19照射,前手性光學(xué)兀件28和后手性光學(xué)元件29具有角度不重疊過渡區(qū)30和31。透鏡在光軸的方向上產(chǎn)生兩個(gè)分散焦點(diǎn)32和33。在該實(shí)施例中，透鏡的每個(gè)光學(xué)元件包括ー個(gè)拋物線螺旋面，后元件34用于通過其旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可調(diào)整性，多焦點(diǎn)透鏡的折光力可通過聚焦區(qū)35和36沿光軸同時(shí)移動(dòng)來調(diào)整。具體實(shí)施例方式手性光學(xué)表面手性光學(xué)表面是提供光的手性相位調(diào)制的光學(xué)元件的表面。例如，由具有恒定折射率的材料制成的折射光學(xué)元件的手性表面是ー個(gè)手性光學(xué)表面。在數(shù)學(xué)方面，如果在奇偶變換下不是不變量，一個(gè)三維面被定義為手性的。這意味著該表面的鏡像無論怎樣旋轉(zhuǎn)和平移都不能映射到原始表面上，參見圖2。例如，由M.Petitjean(J.Math.Phys.43，4147-4157,2002)和Salomon等人(J.Mater.Chem.25，295-308，1999)給出了手性的定義，這兩個(gè)文獻(xiàn)通過引用被納入本文。手性的程度可根據(jù)拓?fù)潆姾苫蜻B續(xù)手性測量來量化。在本文的上下文中，手性光學(xué)表面的特征為在徑向和方位角方向上有一定陡度。陡度可根據(jù)不破壞表面的所需手性対稱的任何函數(shù)，線性或非線性地進(jìn)展。手性光學(xué)表面還可以(但不是必須)包括至少ー個(gè)過渡區(qū)，例如，如圖3所示。手性光學(xué)表面可以根據(jù)任何光學(xué)形狀，包括拋物線形、球形、棱柱形等形狀來構(gòu)造。例如，假定ー個(gè)三次曲面被下列函數(shù)定義z=Su(x,y)=U(axy2+bx3/3)(I)在坐標(biāo)系OXYZ中，見圖1，其中Z軸沿光軸；U為測得的表面陡度，例如，以[mm2]為單位；a和b是無因次常數(shù)，通常當(dāng)X-軸和Y-軸具有相等的比例吋，a=b。根據(jù)US-A-3305294，沿X軸相互移動(dòng)的ー對這樣的三次元(a=b)可以產(chǎn)生一個(gè)可變焦點(diǎn)透鏡。采用奇偶變換(x，y)—(-x,y)或(x，y)—(x，_y)，很容易發(fā)現(xiàn)該表面不是手性表面。但是，兩個(gè)三次曲面的組合可被制成是手性的，例如由下列函數(shù)定義的合成曲面為手性曲面。fS;/(x+x0,j),>；>0z=\U)\SU2(x-x0,y),y<0其中X。為位移常數(shù)，U1和U2為表面陡度參數(shù)(通常U1デU2)。由方程(2)定義的曲面如圖4所示。根據(jù)描述了在一個(gè)用于擴(kuò)展景深(EDF)人工晶體的光學(xué)元件上的三次曲面的US2003225455來類推，可以注意到由方程(2)確定的手性合成曲面也提供連續(xù)的多焦點(diǎn)或EDF0多焦點(diǎn)的范圍是由參數(shù)U1和U2結(jié)合Xtl確定的，且可選擇為不同的范圍以提供兩個(gè)明顯不同的多焦點(diǎn)區(qū)(沿光軸)。類似地，使用包括三個(gè)三次曲面的光學(xué)元件可獲得三個(gè)明顯不同的多焦點(diǎn)區(qū)等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地推斷出，由方程(2)定義的光學(xué)表面和由方程(I)給出的三次光學(xué)表面的組合(如US-A-3305294所述)，如圖5所示，產(chǎn)生具有兩個(gè)明顯不同焦點(diǎn)的透鏡。這兩個(gè)焦點(diǎn)可以沿光軸、Z-軸和在XY-平面上(當(dāng)線性傾斜，即楔形棱鏡被增加到其中一個(gè)光學(xué)表面上時(shí))分離。數(shù)學(xué)框架假定一對相同的光學(xué)元件被重疊以形成一個(gè)以點(diǎn)O'為中心的可變焦點(diǎn)透鏡，且在圓柱形坐標(biāo)系中，每個(gè)元件由下列函數(shù)確定z=S(r,3)(3)其中，ζ為元件的厚度，！■為半徑，>9為極角，且以矢量A為特征的點(diǎn)O'是具有面積D的光學(xué)表面的中心，參見圖I。以O(shè)為旋轉(zhuǎn)中心，如果一個(gè)元件被旋轉(zhuǎn)+Δ*9而另一個(gè)元件被旋轉(zhuǎn)-,則產(chǎn)生的厚度為Δζ=S(r,&+AS)-S(r,3-AS)(4)對產(chǎn)生的可變焦點(diǎn)透鏡的與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的厚度采用下式Az=A3A(r-r0)2(5)也就是說，透鏡的光功率隨Δ·9線性地變化，A為振幅系數(shù)，對方程4和5應(yīng)用泰勒展開可以發(fā)現(xiàn)A^(r-r0)2=S(r,3+AS)-S(r,3-A3)=2A&吟+2(巧d(6)注意，如果丨^1I，方程(5)簡化為Az=ΔΑ4(γ-γ0)2=ΔΑ4(γ2+r02-2rr0[l-S2/2])(V)當(dāng)ISlI,未知函數(shù)*50%^的近似值可由下列微分方程確定dS{r,3)=A2+r7_2/2^(8)S32方程(8)的通解采取下式S{r^)=-(r-r0)29+^-3^+C(9)26其中，C為積分常數(shù)。使用方程(9)，由方程⑷給出的結(jié)果厚度變?yōu)棣う?^3A{r2+rl-2rr0[\-&212])+(Al9l—rrQ(I0)剩余項(xiàng)(Δ9)3Ar。/3為頂點(diǎn)在原點(diǎn)O的圓錐體。圓錐體的陡度隨Δ·9的三次方變化。現(xiàn)在，假定一種極端的情況即當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心O位于無窮遠(yuǎn)，或|r|，|r0|—在這種情況下，旋轉(zhuǎn)等于便于在笛卡爾坐標(biāo)中表示的線性位移X=rsin^^r.9(H)y=(r-r0)cos3-^{r-r0)方程(9)米用下式z=S(r,3)S(x,y)=/3+χγ2)+C(12)2r0這與L.Alvarez在US_A_3305294中所述的三次曲面主要術(shù)語相符。一對相互置換的Alvarez元素產(chǎn)生一個(gè)可變焦點(diǎn)拋物線透鏡，其光功率隨橫向位移線性地變化。在另一個(gè)極端情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心O與透鏡中心(V重合，或A=O時(shí)，方程(9)簡化為S(r,^)=jr2^+C(13)且產(chǎn)生的如方程(4)所定義的與角度相關(guān)的厚度變?yōu)锳z=AA4r2(14)方程(13)確定拋物線螺旋式手性光學(xué)元件的厚度。在光學(xué)元件的一個(gè)表面為平面的最簡單的配置中，另一個(gè)表面是拋物線螺旋式手性表面或可替換地是拋物線手性光學(xué)表面，如圖3所示。應(yīng)該注意到，通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可調(diào)折射能力已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)S.Bernet和M.Ritsch-Marte的“Adjustablerefractivepowerfromdiffractivemoireelements”，AppI.Optics47，3722-3730(2008)中有所描述，該文獻(xiàn)通過引用被納入本文。但是，作者限制僅研究衍射光學(xué)元件(DOEs)。他們的設(shè)計(jì)結(jié)果為具有一個(gè)光功率不同的附加扇形透鏡的變焦距菲涅耳透鏡。優(yōu)化的DOE設(shè)計(jì)被提出以避免附加的扇形透鏡。從方程(14)可以看出，中心為(V的可變焦點(diǎn)透鏡的光功率與ΔΑ4成比例，并隨旋轉(zhuǎn)角Δ·9線性地的變化。但是，該表達(dá)僅對角度扇區(qū)Δ9S有效。扇區(qū)O和2;τ-Δ·9<^<2;r廣生與Δι9^-;^成比例的光功率。因此，具有兩個(gè)相互旋轉(zhuǎn)的螺旋式手性光學(xué)元件的可變焦點(diǎn)透鏡產(chǎn)生兩個(gè)不同的焦點(diǎn)，參見圖79。還需注意的是在焦點(diǎn)處的光強(qiáng)度分別與2(冗-Δ4)和2Δι9成比例。例如，利用ModernOpticalEngineering,3-rd.ed.(McGraw-Hi11,NewYork,2000)中W.J.Smith的公式，包括由折射指數(shù)為η的材料制成的兩個(gè)相互旋轉(zhuǎn)的螺旋式手性光學(xué)元件的透鏡組合的光功率Φ，即反焦距當(dāng)AM時(shí)，為權(quán)利要求1.一種可調(diào)眼用透鏡，包括至少一個(gè)包括至少兩個(gè)光學(xué)表面的組合的光學(xué)元件，其特征在于-兩個(gè)光學(xué)表面均為適合于對光束進(jìn)行手性調(diào)制的手性光學(xué)表面，-手性光學(xué)表面的組合適合于提供至少一個(gè)可調(diào)焦點(diǎn)，-且手性光學(xué)表面的組合適合于使可調(diào)焦點(diǎn)的焦距取決于手性光學(xué)表面的相互位置。2.如權(quán)利要求I所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡包括至少兩個(gè)光學(xué)元件，所述至少兩個(gè)光學(xué)元件包括至少一個(gè)手性光學(xué)表面。3.如權(quán)利要求I所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡包括一個(gè)光學(xué)元件，所述元件包括至少兩個(gè)手性光學(xué)表面。4.如權(quán)利要求I、2或3所述的透鏡，其特征在于，至少一個(gè)光學(xué)元件包括一適合于矯正至少一個(gè)眼像差或至少一個(gè)透鏡自身像差的表面部件。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述相互位置是手性光學(xué)元件圍繞與光軸平行的任何軸的相互旋轉(zhuǎn)位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡，其特征在于，所述手性光學(xué)元件同心設(shè)置，且旋轉(zhuǎn)是圍繞所述手性光學(xué)元件的中心軸的旋轉(zhuǎn)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡是可調(diào)眼用單焦點(diǎn)透鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求I6中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡是可調(diào)眼用多焦點(diǎn)透鏡。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，至少一個(gè)手性光學(xué)表面是拋物線手性光學(xué)表面。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，至少一個(gè)手性光學(xué)表面是衍射手性光學(xué)表面。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，至少一個(gè)手性光學(xué)表面是折射手性光學(xué)表面。12.可調(diào)眼內(nèi)眼用透鏡結(jié)構(gòu)，包括眼內(nèi)光學(xué)器件和將所述透鏡結(jié)構(gòu)定位于人眼內(nèi)的定位裝置，其特征在于，所述眼內(nèi)光學(xué)器件包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的透鏡。13.可調(diào)眼鏡結(jié)構(gòu)，包括眼鏡光學(xué)器件和將所述眼鏡結(jié)構(gòu)定位于人眼之前的定位裝置，其特征在于，所述眼鏡結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I11中任意一項(xiàng)所述的透鏡。14.可調(diào)隱形眼鏡結(jié)構(gòu)，包括接觸鏡片光學(xué)器件和將所述接觸鏡片定位于人眼之前的角膜上的定位裝置，其特征在于，所述隱形眼鏡結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I11中任意一項(xiàng)所述的透鏡。全文摘要本發(fā)明涉及一種可調(diào)的眼用透鏡，包括至少一個(gè)光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括至少兩個(gè)光學(xué)表面的組合，其中，兩個(gè)光學(xué)表面均為適合于對光束進(jìn)行手性調(diào)制的手性光學(xué)表面，所述手性光學(xué)表面的組合適合于提供至少一個(gè)可調(diào)焦點(diǎn)，且所述手性光學(xué)表面的組合適合于使所述可調(diào)焦點(diǎn)的焦距取決于所述手性光學(xué)表面的相互位置。所述手性光學(xué)表面產(chǎn)生對光束的手性調(diào)制。手性光學(xué)表面的組合被用于在單焦點(diǎn)眼用透鏡和多焦點(diǎn)眼用透鏡中獲得可調(diào)的光功率。文檔編號(hào)G02C7/08GK102804030SQ201180010175公開日2012年11月28日申請日期2011年2月17日優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日發(fā)明者A·N·西蒙諾夫,M·C·羅姆巴赫申請人:愛克透鏡國際公司